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Control Efficacy of Antifungal Protein AMP to Hybrid Bamboo Blight and It‘s Effect on the Activities of Defense-Related Enzymes in Hybrid Bamboo

抗菌蛋白AMP对杂交竹梢枯病防治效果及其抗性相关酶活性的影响


从绛红褐链霉菌YSSPG3发酵物中纯化获得抗菌蛋白AMP,采用其稀释液喷雾或浸根诱导处理撑绿杂交竹苗,调查病情指数并测定杂交竹体内抗性相关酶活性的时序变化.结果表明:用抗菌蛋白AMP(母液浓度为360.56 μg·mL-1)的10,20,50倍稀释液叶片喷雾或浸根处理后,撑绿杂交竹病情指数都显著低于发病对照.经不同浓度抗菌蛋白诱导,植株内超氧化物歧化酶(SOD)、多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)等抗性酶对杂交竹梢枯病菌有不同的响应.诱导并挑战接种处理的叶片内各抗性酶活性比只诱导不接种的处理上升幅度大.只诱导不接种及诱导后挑战接种,叶片内各抗性酶的活性与抗菌蛋白浓度呈正相关.POD,PPO,CAT 酶活性用浸根处理的时序变化幅度及同时期升高幅度大于喷雾处理, SOD,PAL的差异不明显.各抗性相关酶活性与病情指数的相关性分析表明,抗病性在喷雾诱导处理中与PPO,POD和CAT活性相关性显著,在浸根诱导处理中与SOD和PAL活性相关性显著,说明抗性酶与病情指数的变化存在内在的关联性.

Antifungal protein AMP produced by Streptomyces purpeofuscus YSSPG3 was purified from the fermentation. In order to reveal the anti-disease mechanism of AMP to hybrid bamboo blight, hybrid bamboo seedlings were treated with different concentrations of antifungal protein by spraying foliage or soaking root, and inoculated with or without Arthrinium phaeospermum. The effects of antifungal protein on disease index, and the major defense-related enzymes activities were investigated. The results showed that disease index of the bamboo seedlings treating with 10 times, 20 times, and 50 times dilution of antifungal protein stock solution (360.56 μg·mL-1 antifungal protein in the stock solution) was significantly lower than the no-treatment control. After being induced by the antifungal protein, the defense-related enzymes activities of the seedlings, such as superoxide dismutase (SOD), polyphenol oxidase (PPO), peroxidase (POD), catalase (CAT) and phenylalanine ammonialyase (PAL), had different responses to the blight infection. The enzyme activities in the seedling leaves treated with both inducement by the antifungal protein and challenge inoculation with A. phaeospermum had a greater increase than those only treated with inducement. Regardless of challenge inoculation or not, the activities of SOD, PPO, POD, PPO, CAT and PAL in the leaves induced by the antifungal protein had the positive correlations with the concentration of the induced antifungal protein. Amplitude of sequential variation and increment of POD, PPO, CAT activities induced by soaking root was greater than that induced by spraying leaves; There was no significant difference in SOD and PAL between the two inducement methods. The correlation analysis showed that the PPO, POD and CAT activities induced by spraying leaves with antifungal protein had significant correlation with infection index. The SOD and PAL activities induced by soaking root with antifungal protein had significant correlation with infection index. It is suggested that the defense-related enzymes activities might have internal association with infection index.


全 文 :第 50 卷 第 11 期
2 0 1 4 年 11 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 50,No. 11
Nov.,2 0 1 4
doi:10.11707 / j.1001-7488.20141111
收稿日期: 2013 - 10 - 21; 修回日期: 2014 - 07 - 10。
基金项目: 国家自然科技资源共享平台(2005DKA21207 - 13) ; 长江上游林业生态工程省级重点实验室资助项目。
* 朱天辉为通讯作者。
抗菌蛋白 AMP对杂交竹梢枯病防治效果
及其抗性相关酶活性的影响*
张丽娜1 朱天辉2 彭 艳2 郑 磊2 赵 芳3
(1.四川农业大学食品学院 雅安 625014; 2.四川农业大学林学院 雅安 625014;
3.四川农业大学森林保护省级重点实验室 雅安 625014) )
摘 要: 从绛红褐链霉菌 YSSPG3 发酵物中纯化获得抗菌蛋白 AMP,采用其稀释液喷雾或浸根诱导处理撑绿杂
交竹苗,调查病情指数并测定杂交竹体内抗性相关酶活性的时序变化。结果表明:用抗菌蛋白 AMP(母液浓度为
360. 56 μg·mL - 1 )的 10,20,50 倍稀释液叶片喷雾或浸根处理后,撑绿杂交竹病情指数都显著低于发病对照。经不
同浓度抗菌蛋白诱导,植株内超氧化物歧化酶( SOD)、多酚氧化酶( PPO)、过氧化物酶( POD)、过氧化氢酶(CAT)
和苯丙氨酸解氨酶(PAL)等抗性酶对杂交竹梢枯病菌有不同的响应。诱导并挑战接种处理的叶片内各抗性酶活
性比只诱导不接种的处理上升幅度大。只诱导不接种及诱导后挑战接种,叶片内各抗性酶的活性与抗菌蛋白浓度
呈正相关。POD,PPO,CAT 酶活性用浸根处理的时序变化幅度及同时期升高幅度大于喷雾处理,SOD,PAL 的差异
不明显。各抗性相关酶活性与病情指数的相关性分析表明,抗病性在喷雾诱导处理中与 PPO,POD 和 CAT 活性相
关性显著,在浸根诱导处理中与 SOD 和 PAL 活性相关性显著,说明抗性酶与病情指数的变化存在内在的关联性。
关键词: 绛红褐链霉菌 YSSPG3; 杂交竹梢枯病; 抗菌蛋白; 抗性相关酶活性
中图分类号: S763. 15 文献标识码: A 文章编号: 1001 - 7488(2014)11 - 0082 - 08
Control Efficacy of Antifungal Protein AMP to Hybrid Bamboo Blight
and It’s Effect on the Activities of Defense-Related Enzymes in Hybrid Bamboo
Zhang Lina1 Zhu Tianhui2 Peng Yan2 Zheng Lei2 Zhao Fang3
(1 . College of Food Science,Sichuan Agricultural University Ya’an 625014; 2 . College of Forestry,Sichuan Agricultural University Ya’an 625014;
3 . Provincial Key Laboratory of Forest Protection,Sichuan Agricultural University Ya’an 625014)
Abstract: Antifungal protein AMP produced by Streptomyces purpeofuscus YSSPG3 was purified from the fermentation.
In order to reveal the anti-disease mechanism of AMP to hybrid bamboo blight,hybrid bamboo seedlings were treated with
different concentrations of antifungal protein by spraying foliage or soaking root,and inoculated with or without Arthrinium
phaeospermum. The effects of antifungal protein on disease index,and the major defense-related enzymes activities were
investigated . The results showed that disease index of the bamboo seedlings treating with 10 times,20 times,and 50 times
dilution of antifungal protein stock solution (360. 56 μg·mL - 1 antifungal protein in the stock solution) was significantly
lower than the no-treatment control. After being induced by the antifungal protein,the defense-related enzymes activities
of the seedlings,such as superoxide dismutase (SOD),polyphenol oxidase (PPO),peroxidase (POD),catalase (CAT)
and phenylalanine ammonialyase ( PAL),had different responses to the blight infection. The enzyme activities in the
seedling leaves treated with both inducement by the antifungal protein and challenge inoculation with A. phaeospermum had
a greater increase than those only treated with inducement. Regardless of challenge inoculation or not,the activities of
SOD,PPO,POD,PPO,CAT and PAL in the leaves induced by the antifungal protein had the positive correlations with
the concentration of the induced antifungal protein. Amplitude of sequential variation and increment of POD,PPO,CAT
activities induced by soaking root was greater than that induced by spraying leaves; There was no significant difference in
SOD and PAL between the two inducement methods. The correlation analysis showed that the PPO,POD and CAT
activities induced by spraying leaves with antifungal protein had significant correlation with infection index. The SOD and
第 11 期 张丽娜等: 抗菌蛋白 AMP 对杂交竹梢枯病防治效果及其抗性相关酶活性的影响
PAL activities induced by soaking root with antifungal protein had significant correlation with infection index. It is
suggested that the defense-related enzymes activities might have internal association with infection index.
Key words: Streptomyces purpeofuscus YSSPG3; hybrid bamboo blight; antifungal protein; defense-related
enzymes activities
诱导抗性,即利用生物或非生物因子激发植物
的防卫基因,使植物产生局部的或系统的抗病性而
达到防病的效果,在植物病害防治中具有重要的意
义。大量研究表明一些微生物本身可作为激发子诱
导植物产生抗病性(陈祖静等,2010; 梁建根等,
2006; 刘晓光等,2007; 童蕴慧等,2004)。一些来
源于微生物的诱导因子也可以诱导寄主植物产生防
卫反应,尤其是诱导植保素的合成和积累 (Hahn,
1996 )。 Thakker 等 ( 2011 ) 利 用 从 Fusarium
oxysporum f. sp cubense 获得的激发子处理香蕉
(Musa paradisiaca)根部,可引起香蕉叶片防御性相
关酶的积累,能有效提高感病品种的抗性; Mao 等
(2010)从 Alternaria tenuissima 的菌丝中纯化得到的
耐热 酸 性 蛋 白 激 发 子 PeaT1,能 够 诱 导 烟 草
(Nicotiana spp. )对 TMV 产生系统抗病性; 李云锋
等(2004)利用从稻瘟病菌(Mapnaporthe grisea)细胞
壁中纯化获得的糖蛋白激发子 CSBⅠ(相对分子质
量为 102 kDa)接种水稻(Oryza sativa),引起叶片内
过氧化物酶 ( POD)、苯丙氨酸解氨酶 ( PAL)、LOX
活性以及绿原酸和木质素含量的显著增加。用来源
于水稻白叶枯病菌 ( Xanthomonas oryzae) 的蛋白质
激发子 Harpinxoo喷雾处理烟草,对烟草花叶病毒表
现较好的诱导抗病性,一定浓度下可引起叶片中
PAL、POD、多酶氧化酶 ( PPO)活性的增加 (闻伟刚
等,2003 ); Jung 等 ( 2011 ) 发 现 从 芽 孢 杆 菌
(Bacillus)菌株中纯化获得的细菌素( class Ⅱd)可
诱导大豆(Glycine max) PAL、APX、超氧化物歧化酶
(SOD)和 PPO 等活性的增加; 蒋继志等(2010)从
31 种微生物中筛选出了 2 种放线菌源激发子,其中
放线菌 A5295发酵液型激发子诱抗效果最好,达
63. 97%,并推测发酵液中有效诱抗物质可能是蛋白
质类、多糖类等物质。
已有研究表明,植物的抗性与多种酶的活性及
某些物质含量的变化有关。目前在植物抗病机制研
究中,还未见杂交竹抗性相关酶与梢枯病关系的报
道,特别是国内外对微生物源激发子的研究主要集
中在真菌和细菌来源的微生物中,对放线菌来源激
发子的研究不多。为此,本研究以来源于绛红褐链
霉菌 YSSPG3 的抗菌蛋白为诱导因子,测定抗菌蛋
白诱导以及诱导后挑战接种的杂交竹体内 SOD、
PPO、POD、CAT 和 PAL 活性的时序变化,探究这些
生理指标与病害发生的关系,以期从多角度反映抗
菌蛋白对杂交竹梢枯病的生防机制。
1 材料与方法
1. 1 供试材料
1. 1. 1 供试菌株 杂交竹梢枯病菌 ( Arthrinium
phaeospermum)由四川农业大学森林保护省级重点
实 验 室 提 供; 绛 红 褐 链 霉 菌 ( Streptomyces
purpeofuscus) YSSPG3 由 撑 绿 杂 交 竹 ( Bambusa
pervariabilis × Dendrocalamopsis daii)健康植株根际分
离获得,在葡萄糖酵母膏培养基(阎逊初,1975)上
扩繁保存。
1. 1. 2 供试植物 将苗高 1. 2 m、规格一致的撑绿
杂交竹苗用于试验。用于喷雾处理的竹苗分株
盆栽。
1. 1. 3 供试试剂 聚乙烯吡咯烷酮 ( PVP,分析
纯)、磷酸 (分析纯 )、氯化硝基四氮唑蓝 ( NBT,
99% )、99% D -甲硫氨酸、EDTA-Na2、核黄素、邻苯
二酚(分析纯)、三氯乙酸(分析纯)、愈创木粉(分析
纯)、30% 过氧化氢(分析纯)、硼酸 (分析纯)、β -
巯基乙醇、丙三醇(分析纯)、99% D - 苯丙氨酸等
均购自上海实验试剂有限公司。
1. 2 抗菌蛋白的制备
采用优化发酵培养基配方及发酵条件,使用全
温震荡培养箱( ZQ-F160)分批次进行发酵,发酵液
于 8 000 r·min - 1离心 15 min(张丽娜等,2012a),取
上清液经硫酸铵沉淀和柱层析法分离纯化获得抗菌
蛋白 AMP (张丽娜等,2012b),利用不连续 SDS-
PAGE 测定分子量,验证不同批次抗菌蛋白 AMP 的
纯度。将从 36 L 培发酵培养液中获得的 73. 66 mg
抗菌蛋白 AMP 配置成 360. 56 μg·mL - 1 的母液,
备用。
1. 3 抗菌蛋白的诱导处理
用无菌水将抗菌蛋白母液进行稀释,分别用
10,20,50,100 倍抗菌蛋白稀释液对撑绿杂交竹进
行叶片喷雾诱导或浸根诱导。叶面喷雾方法: 各诱
导液均匀喷洒于叶片,以叶面刚好滴水为准,24 h
内喷施 3 次。浸根方法: 根部浸泡于各诱导液中,
24 h 后植入盆土中。以无菌水作对照。诱导处理
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后套袋保湿。每处理重复 3 次。
试验设置 2 组处理: 抗菌蛋白诱导但不接种,
抗菌蛋白诱导后间隔 3 天挑战接种杂交竹梢枯病
菌。挑战接种方法: 从 PDA 培养基上的菌落边缘
切取菌龄为 3 天、直径为 6 mm 的撑绿杂交竹梢枯
病菌菌饼,在叶片正面用无菌针刺出伤口,接种菌
饼,菌面朝下,无菌湿润滤纸覆盖,套袋。以无菌水
处理后接种杂交竹梢枯病菌为对照。每处理重复 3
次,每次重复接种 10 片叶。
逐日观察发病情况,按照以下方法计算接种后
第 7 天的病情指数和防治效果(张丽娜等,2012b)。
病情分级标准: 0 级,无病斑; 1 级,病斑面积 10%
以下; 3 级,11% ~ 25% ; 5 级,26% ~ 40% ; 7 级,
41% ~ 65% ; 9 级,65%以上。病情指数 =[∑(病级
叶数 ×代表数值) /(叶数总和 ×发病最重级的代表
数值)]× 100; 防治效果(% ) =[(对照病情指数 -
处理病情指数) /发病对照病情指数]× 100。
1. 4 抗性相关酶活性测定
在接种后的第 1,3,5,7,9 天取样,测叶片 SOD,
POD,PPO,PAL,CAT 活性变化。 SOD,POD,PPO,
PAL 粗酶液的制备: 取 0. 2 g 叶片,液氮研磨,加入
2 mL 含 1% PVP 的提取介质( SOD 用 0. 05 mol·L - 1
pH7. 8 磷酸缓冲液; POD 与 PPO 用 0. 1 mol·L - 1
pH6. 5 磷酸缓冲液; PAL 用内含 50 mmol·L - 1硼酸
缓冲液、5 mmol·L - 1巯基乙醇、1 mmol·L - 1 EDTA-
Na2、5%甘油,pH8. 3 的提取液),于冰浴上研磨成
匀浆,在 10 000 r·min - 1、4 ℃下离心 10 min,上清液
即为粗酶液。CAT 粗酶液的制备: 0. 2 g 叶片,液氮
研磨,加入适量 4 ℃下预冷的 0. 2 mol·L - 1 pH7. 8
的磷酸缓冲液(内含 1% PVP)匀浆,之后转入 10 mL
容量瓶,用提取缓冲液定容至刻度,将容量瓶置入
4 ℃ 冰 箱 静 置 10 min,取 上 部 澄 清 液 在
4 000 r·min - 1下离心 15 min,上清液即为粗酶液。
SOD 活力测定采用氮蓝四唑 NBT 光还原法(孔
祥生等,2008; Giannopolitis et al.,1977),以 1 h 内
抑制 NBT 光化还原的 50%的酶用量为 1 个酶活性
单位; PPO 活力测定采用邻苯二酚法 (赵会杰,
2004; Liang et al.,2005 ),以 1 min 吸光值变化
0. 001 的酶量为 1 个酶活力单位; POD 活力测定采
用愈创木酚法(张治安等,2008; Saby et al.,2002),
以 1 min 吸光值变化 0. 001 的酶量为 1 个酶活力单
位; CAT 活力测定采用紫外吸收法 (孔祥生等,
2008),以 1 min 内吸光值减少 0. 1 的酶量为 1 个酶
活力单位; PAL 活力测定采用苯丙氨酸解氨法(张
治安等,2008),以 30 min 增加 0. 01 的酶量为 1 个
酶活性单位。
1. 5 数据统计分析
应用 SPSS 13. 0 统计软件进行分析,采用最小
显著差数法( LSD 法)进行不同处理间的差异显著
性分析; 计算 Pearson 相关系数并进行相关性分析
(徐向宏,2010)。
2 结果与分析
2. 1 抗菌蛋白诱导对撑绿杂交竹叶片内抗性相关
酶活性的影响
2. 1. 1 对 SOD 活性的影响 各浓度抗菌蛋白喷雾
诱导并接种后,各处理的 SOD 活性都高于对应浓度
只诱导不接种的处理,浸根诱导处理后期(7 ~ 9 天)
也存在类似情况,说明病原菌在诱导 SOD 活性变化
上起着重要的作用(图 1)。在只诱导不接种的处理
中,喷雾诱导处理酶活性在整个阶段变化幅度较大,
在第 3 天和第 7 天出现 2 个酶活性峰,但只有 10 倍
稀释液处理的酶活性始终高于对照; 浸根诱导酶活
性变化虽较为缓和,但不同浓度抗菌蛋白诱导的酶
活性都高于对应浓度的喷雾诱导处理,并且除 100
倍稀释液在第 3 天酶活性低于对照外,其他处理均
高于对照,10 倍和 20 倍处理与对照的差异都达到
了显著水平(图 1A,C)。总体来看,在诱导并挑战
接种的处理中都以 10 倍稀释液诱导效果最佳,20
倍次之; 在处理阶段后期(5 ~ 9 天),浸根处理的诱
导效果优于喷雾处理,对应浓度下酶活性的差异都
达到了显著水平(图 1B,D)。
2. 1. 2 对 PPO 活性的影响 撑绿杂交竹经抗菌蛋
白诱导及诱导后挑战接种,均可引起叶内 PPO 活性
增强,在时序变化上都呈现先降后升的趋势; 各浓
度抗菌蛋白浸根诱导处理的酶活性及其随时间的变
化幅度都高于相应浓度的喷雾诱导处理(图 2)。在
只诱导不接种的处理中,除 100 倍稀释液在第 3 天
酶活性低于对照外,其他浓度在整个处理阶段均显
著高于对照(图 2A,C); 经抗菌蛋白喷雾或浸根诱
导并接种的处理中,都在第 3 天时出现一个酶活性
低谷,此后酶活性开始不同程度上升(图 2B,D); 在
整个处理阶段,10 倍稀释液诱导的酶活性在第 1,5
和 7 天高于 20 倍稀释液,但二者都显著高于对照,
而 50 倍和 100 倍稀释液诱导的酶活性有时则低于
对照。
2. 1. 3 对 POD 活性的影响 撑绿杂交竹经抗菌蛋
白诱导及诱导后挑战接种,叶片内 POD 活性都在持
续上升,且各浓度抗菌蛋白浸根诱导的酶活性变化
幅度大于喷雾诱导(图 3)。喷雾或浸根诱导但不接
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第 11 期 张丽娜等: 抗菌蛋白 AMP 对杂交竹梢枯病防治效果及其抗性相关酶活性的影响
图 1 不同浓度抗菌蛋白对撑绿杂交竹叶片 SOD 活性的影响
Fig. 1 Effect of antifungal protein at different concentration on SOD activity of the hybrid bamboo leaves
A. 喷雾抗菌蛋白不接种 Spray antifungal protein solution; B. 喷雾抗菌蛋白并接种梢枯病菌 Spray antifungal protein solution and
inoculated with A. phaeospermum; C. 抗菌蛋白浸根不接种 Soak root with antifungal protein solution; D. 抗菌蛋白浸根诱导并接种梢
枯病菌 Soak root with antifungal protein solution and inoculated with A. phaeospermum.下同 The same below.
图 2 不同浓度抗菌蛋白对撑绿杂交竹叶片 PPO 活性的影响
Fig. 2 Effect of antifungal protein at different conentration on PPO activity of the hybrid bamboo leaves
种的处理中,除 100 倍稀释液喷雾处理外,其他处理
的酶活性都高于对照,而且随时间变化差异显著增
大(图 3A,C)。喷雾或浸根诱导并接种的处理中,
在整个处理阶段,10 倍和 20 倍稀释液喷雾诱导的
酶活性都高于对照,而 50 倍和 100 稀释液诱导的酶
活性则有时高于对照有时低于对照; 各浓度浸根诱
导的的酶活性都始终明显高于对照。2 种诱导方法
都以 10 倍稀释液诱导的酶活性变化幅度最大,20
倍次之; 各浓度抗菌蛋白浸根诱导的酶活性都高于
对应浓度的喷雾诱导(图 3B,D)。
2. 1. 4 对 CAT 活性的影响 杂交竹经不同浓度抗
菌蛋白诱导及诱导后挑战接种,CAT 活性的时序变
化差异较大。总体上看,10 倍和 20 倍稀释液诱导
后 CAT 活性变化幅度较大,均表现较高的活性水
平,这与活性氧的有效清除有关,而 50 倍和 100 倍
稀释液诱导后 CAT 活性变化幅度较小,活性水平相
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对较低; 在诱导并接种的处理中,10 倍和 20 倍稀释
液浸根诱导处理在第 5 天时低于喷雾处理,除此之
外,各浓度抗菌蛋白浸根处理的 CAT 活性均高于同
期对应浓度的喷雾处理(图 4)。在喷雾诱导及诱导
后挑战接种的处理中,20 倍稀释液处理的 CAT 活
性在 1 ~ 5 天内高于 10 倍稀释液,此后则相反 (图
4A,B); 在浸根诱导及诱导后挑战接种的处理中,
20 倍稀释液处理的 CAT 活性在第 1 天时高于 10 倍
稀释液处理,3 ~ 5 天内二者差异不显著,7 ~ 9 天则
低于 10 倍稀释液(图 4C,D)。
图 3 不同浓度抗菌蛋白对撑绿杂交竹叶片 POD 活性的影响
Fig. 3 Effect of antifungal protein at different concentration on POD activity of the hybrid bamboo leaves
图 4 不同浓度抗菌蛋白对撑绿杂交竹叶片 CAT 活性的影响
Fig. 4 Effect of antifungal protein at different concentration on CAT activity of the hybrid bamboo leaves
2. 1. 5 对 PAL 活性的影响 在喷雾或浸根诱导但 不接种的处理中,经 10 倍稀释液诱导的酶活性变化
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第 11 期 张丽娜等: 抗菌蛋白 AMP 对杂交竹梢枯病防治效果及其抗性相关酶活性的影响
幅度最大,酶活性在第 3 天时最大,分别为 158. 20
和 150. 33 U·g - 1·min - 1,显著高于其他浓度,在第 5
天时最小,分别为 101. 38 和 120. 00 U·g - 1min - 1,而
且前者还小于对照; 在整个处理阶段,只有 20 倍稀
释液诱导处理的酶活性都显著高于对照 (图 5A,
C)。与只诱导不接种的处理相比,经不同浓度抗菌
蛋白诱导后再挑战接种的酶活性都有不同程度的升
高,特别是在 5 ~ 9 天上升幅度较大; 在喷雾诱导
中,10 倍和 20 倍稀释液诱导的酶活性在第 1 天时
低于对照,在 3 ~ 9 天都显著高于对照,50 倍稀释液
诱导的酶活性只有在第 3 天时高于对照,100 倍稀
释液处理酶活性均低于对照; 在浸根诱导处理中,
10 倍和 20 倍稀释液诱导的酶活性高于对照以及 50
倍和 100 倍的处理,50 倍和 100 倍处理的酶活性则
有时低于对照; 各浓度浸根诱导处理的 PAL 活性都
高于对应浓度的喷雾诱导处理(图 5B,D)。
图 5 不同浓度抗菌蛋白对撑绿杂交竹叶片 PAL 活性的影响
Fig. 5 Effect of antifungal protein at different concentration on PAL activity of the hybrid bamboo leaves
2. 2 抗性相关酶活性与感病程度的相关性
从感病程度分析,不论是喷雾或是浸根诱导,不
同浓度抗菌蛋白处理的病情指数差异显著,除 100
倍稀释液处理与对照差异不显著外,其余均显著低
于对照(P < 0. 05),其中,以 10 倍稀释液处理的病
情指数最低,分别是 23. 95 和 20. 89,20 倍稀释液
次之。喷雾和浸根 2 种诱导方法都以 10 倍抗菌蛋
白稀释液的防治效果最好,分别为 56. 22% 和
62. 88%,其次 是 20 倍 稀 释 液 的 处 理,分 别 为
45. 39%和 51. 18%。50 倍稀释液的防治效果均在
20%以上。100 倍稀释液诱导后挑战接种,发病最为
严重,防治效果仅为 0. 10% ~ 2. 77%。这表明随着
抗菌蛋白处理浓度的升高,撑绿杂交竹的抗病能力
也随之增强(表 1)。
抗性相关酶活性与病情指数的相关程度因诱导
方法不同而有所差异(表 1)。在喷雾诱导处理中,
PPO,POD,CAT 与病情指数呈显著负相关,其他酶
活性的相关系数均未达到显著水平; 在浸根诱导处
理中,SOD,PAL 与病情指数相关性达显著水平,其
他酶活性的相关性较低。
3 结论与讨论
3. 1 寄主防御酶系对抗菌蛋白的响应
植物在逆境下,体内活性氧的积累可激发植物
的抗病反应( Thoma et al.,2003),但活性氧的累积
可使膜脂过氧化而导致膜系统受损,使植物组织受
到伤害。在植物保护酶系中,SOD 是主要的活性氧
清除酶类,它催化 O
-·
2 转化为 H2O2 和 O2,POD 和
CAT 又使 H2O2 转化为 H2O 和 O2,这 3 种酶共同作
用可维持体内的活性氧代谢平衡,保护膜结构,从而
使植物能在一定程度上忍耐、减缓或抵抗逆境胁迫
(宋凤鸣等,1996; Paczkowska et al.,2007)。本试
验结果显示,接种杂交竹梢枯病菌能够引起 SOD,
POD 和 CAT 3 种酶活性的升高,这与李姝江等
(2011)的研究结果一致,用适当浓度的抗菌蛋白诱
导也能够引起 3 种酶活性的升高; 在诱导后再挑战
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接种的处理中,10 倍和 20 倍抗菌蛋白稀释液诱导
后 3 种酶均表现较高的活性水平。在整个处理阶
段,SOD 和 POD 活性都高于染病对照,CAT 活性在
第 3 ~ 9 天也高于染病对照; 而 50 倍和 100 倍稀释
液诱导后酶活性水平相对较低,甚至在某处理阶段
低于染病对照。可见适当浓度的抗菌蛋白可诱导撑
绿杂交竹中 SOD,POD 和 CAT 的活性,抑制由于病
原菌侵染而造成的活性氧的增加,维持体内活性氧
的代谢平衡,从而增强了抗病性。
表 1 抗性相关酶活性与病情指数的相关性(平均值 ±标准差) ①
Tab. 1 Correlation analysis between infection index and enzyme activity (mean ± SD)
处理
Treatment
SOD 活性
SOD actitity /
(U·g - 1 h - 1 )
PPO 活性
PPO actitity /
(U·g - 1 min - 1 )
POD 活性
POD actitity /
(U·g - 1 min - 1 )
CAT 活性
CAT actitity /
(U·g - 1 min - 1 )
PAL 活性
PAL actitity /
(U·g - 1 min - 1 )
病情指数
Disease
index
防治效果
Control
effect(% )
喷雾
诱导
Spraying
induction
CK 149. 82 ±1. 67c 64. 67 ±0. 44e 153. 18 ±7. 90d 11. 88 ±1. 88c 144. 20 ±0. 67c 54. 70 ±3. 28a —
10 × 162. 43 ±1. 62a 115. 00 ±1. 33a 197. 77 ±1. 29a 20. 21 ±2. 40a 154. 33 ±1. 11a 23. 95 ±1. 27d 56. 22
20 × 156. 00 ±3. 33b 107. 33 ±0. 44b 179. 97 ±4. 09b 15. 88 ±0. 63b 147. 68 ±0. 89b 29. 87 ±2. 37c 45. 39
50 × 138. 67 ±0. 89d 90. 00 ±2. 00c 167. 42 ±5. 12bc 12. 42 ±1. 67c 139. 64 ±0. 43d 42. 25 ±1. 65b 22. 76
100 × 139. 67 ±1. 11d 71. 67 ±0. 89d 159. 47 ±5. 51cd 10. 00 ±1. 05c 133. 33 ±0. 44e 54. 65 ±1. 56a 0. 10
R -0. 754 -0. 992** -0. 965** -0. 937* -0. 817
浸根
诱导
Soaking
roots
induction
CK 151. 53 ±0. 67c 161. 33 ±0. 89d 168. 36 ±4. 11c 28. 02 ±1. 51d 156. 93 ±0. 62c 56. 28 ±1. 17a —
10 × 178. 00 ±1. 29a 251. 67 ±1. 78a 223. 53 ±2. 98a 51. 73 ±5. 52a 180. 87 ±0. 76a 20. 89 ±1. 53d 62. 88
20 × 175. 57 ±1. 29a 207. 67 ±0. 44b 214. 88 ±4. 48a 41. 46 ±6. 77b 172. 33 ±1. 56b 27. 47 ±1. 00c 51. 18
50 × 157. 52 ±2. 00b 141. 67 ±1. 11e 191. 66 ±3. 91b 30. 63 ±0. 94cd 154. 03 ±2. 00c 38. 86 ±0. 80b 30. 96
100 × 151. 99 ±0. 09c 167. 67 ±0. 44c 193. 49 ±1. 87b 32. 81 ±3. 59bc 149. 50 ±0. 33d 57. 84 ±0. 73a -2. 77
R -0. 957* -0. 757 -0. 872 -0. 855 -0. 892*
①表中数据后不同英文字母表示在 P <0. 05 水平差异显著(LSD 测验); * : 在 0. 05 水平(双侧)上显著相关; **: 在 0. 01 水平(双侧)上显著相
关。Data followed by different letters indicate significant differences at P < 0. 05 level by LSD test; * : Correlation is significant at the 0. 05 level (2-tailed);
**: Correlation is significant at the 0. 01 level (2-tailed) .
PAL 是沿苯丙烷类代谢途径合成木质素与植保
素的关键调节酶,可使木质素大量生成并沉积在细
胞壁周围,将病原菌限制在一定的细胞范围之内,从
而修复伤口,抑制病原菌的繁殖 ( Pellegrini et al.,
1994; Avdiushko et al.,1993); POD 不仅可清除细
胞内的活性氧,还可催化酚类物质的前体聚合为木
质素,起到加固植物细胞壁、抵抗病原物入侵的作用
(Ray et al.,1998); PPO 是植物体内普遍存在的一
种酚类氧化酶,主要功能是将酚类物质氧化成对病
原菌毒性更强的醌类物质,其活性增强对植物抗病
反应十分有利(Volpin et al.,1995)。三者联合作用
构成了保护性屏障,进而限制病原菌的扩展。本试
验结果显示,PAL,POD 和 PPO 3 种酶活性的变化趋
势不同,可能在时序上存在互补作用。接种撑绿杂
交竹梢枯病菌或抗菌蛋白诱导都可以引起撑绿杂交
竹叶内 3 种酶活性的升高,但是经适当浓度抗菌蛋
白诱导处理的酶活性,其升高幅度较病原菌诱导的
大。抗菌蛋白诱导后再挑战接种的情况下,不同浓
度抗菌蛋白处理的酶活性与染病对照之间的差异因
诱导方法不同而有所不同,但总体上,10 倍和 20 倍
稀释液处理的 3 种酶活性水平都较高,除喷雾处理
第 1 天 PAL 酶活性低于染病对照外,其余都高于染
病对照。说明适当浓度的抗菌蛋白可诱导撑绿杂交
竹中 PAL,POD 和 PPO 的活性,增强其抗病性,从而
限制病原菌的扩展。
3. 2 抗性相关酶活性因诱导方法不同而有差异
诱导因子在诱导植物抗病性过程中,诱导方法
与诱导抗性效应间有着密切的关系,选择适宜的诱
导方法是能否成功诱导抗病性的关键。总体上看,
POD,PPO,CAT 3 种酶活性用浸根处理的时序变化
幅度及同时期升高幅度大于喷雾处理,SOD 和 PAL
的差异不明显。由此可见,在诱导因子相同的情况
下,各种防御酶活性受诱导方法的影响而有差异,在
实际应用中可考虑 2 种方法结合使用。
3. 3 抗性相关酶活性与感病程度存在相关性
余晔等(2010)认为营养液中加硅处理黄瓜幼
苗 并 接 种 黄 瓜 霜 霉 病 菌 ( Pseudoperonospora
cubensis),在一定硅浓度范围内,硅浓度、酶活性和
病情指数的变化呈现一致性。李姝江等 (2011)报
道山茶(Camellia japonica)的抗病能力随 SA 处理浓
度的升高而增强,其抗病性与 CAT,PAL 和 POD 活
性有很高的相关性。本研究发现,随着抗菌蛋白处
理浓度的升高,撑绿杂交竹的抗病能力也随之增强;
抗性相关酶活性与抗病性的相关程度因诱导方法不
同而有所差异,抗病性在喷雾诱导处理中与 PPO,
POD 和 CAT 活性相关性显著,在浸根诱导处理中与
88
第 11 期 张丽娜等: 抗菌蛋白 AMP 对杂交竹梢枯病防治效果及其抗性相关酶活性的影响
SOD,PAL 活性相关性显著,说明抗性酶与病情指数
的变化存在内在的关联性。由于抗菌蛋白对杂交竹
枯梢病菌有抑菌作用,因此,撑绿杂交竹梢枯病防病
效果是抗菌蛋白自身抑菌作用和通过诱导寄主产生
抗病性综合作用的反映。
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(责任编辑 朱乾坤)
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